OSCILLATIONS DES ESPECES CHIMIQUES AUTOUR D'UN TYPE WOYEN

A l'époque où furent établis les chiffres de la thermochimie, les chimistes ne pouvaient pas raisonner autrement qu'ils l'ont fait, puisqu'ils ne savaient alors difi"érencier les corps que par des réactions incapables de mettre en évidence certaines dissemblances pourtant fondamentales. De l'argent. d'origine quelconque, traité par de l'acide nitrique, donne invariablement du nitrate d'argent de même composition centésimale, et on arrive toujours à en retirer la même quantité d'argent métallique. -Comment aurait-on pu, dès lors, soupçonner qu'il existait, en réalité, des métaux divers, quoique présentant le même aspect, connus sous le nom d'argent?

Nous le savons aujourd'hui, parce que nos méthodes d'investigation se sont perfectionnées. Quand elles le seront davantage, il est probable, comme je le disais plus haut, que le nombre des espèces chimiques, dérivées d'un même corps, se multipliera encore. On sera alors conduit à admettre que les espèces chimiques doivent, comme les espèces vivantes, osciller autour d'un type moyen, et que. par conséquent, des corps comme l'oxygène, le carbone, le phosphore, etc., peuvent exister sous des formes très diverses.

La thermochimie contient, d'ailleurs, bien d'autres chiffres dont la valeur, jadis considérée comme absolue, est devenue très contestable. Suivant elle, quand les corps se combinent, ils perdent une quantité de chaleur rigoureusement déterminée et la combinaison qui se forme est celle qui sera la plus stable, c'està-dire qui libérera le maximum de chaleur. C'est là ce qu'on appelle le principe du travail maximum. Non seulement il ne constitue pas une loi générale, puisqu'il y a des réactions qui s'accompagnent d'une absorption de chaleur et non d'un dégagement, mais alors même qu'il y a dégagement, la quantité de chaleur mise enjeu par une réaction n'est en aucune façon une grandeur invariable. Elle dépend des conditions de milieu : pression, température, degré, concentration des solutions où se fait la réaction, etc.

La thermochimie représente cependant une phase nécessaire de l'évolution de la chimie. La considération du bilan d'énergie calorifique a été fort utile à une époque où on ne soupçonnait pas que des forces très différentes de la chaleur pouvaient entrer dans les réactions. On sait le rôle joué aujourd'hui par les actions électriques dans ces réactions et on pressent que d'autres forces doivent entrer en jeu.

« Il paraît assez certain, écrit le professeur Nerst, que nous devons admettre, à côté des forces électriques, donc polaires, d'autres forces de nature non polaires, un peu dans le genre de la gravitation. » Toutes ces forces mélangent leurs effets. Nous ne savons pas les séparer et ne pouvons l constater que leurs résultats en bloc.

Les faits précédemment exposés mettent en évidence cette loi générale importante, que les corps simples ne se composent pas du tout d'éléments fixes de structure invariable, mais bien d'éléments qu'on peut modifier dans des limites étendues. Chaque corps simple représente seulement un type autour duquel oscillent des variétés différentes. En adoptant

pour la classification des corps simples celle des espèces vivantes, on pourrait dire qu'un métal, comme l'argent ou le fer, constitue un genre comprenant plusieurs espèces. Toutes les espèces d'un même genre, le genre fer et le genre argent, par exemple, se différencient nettement, bien que possédant des caractères communs. Et si nous considérons que dans le monde minéral les espèces sont assez facilement modifiables, puisque, par exemple, l'espèce phosphore blanc peut devenir l'espèce phosphore rouge, ou que l'espèce argent, capable de dégager un certain nombre de calories par ses combinaisons, peut devenir une espèce qui en dégage moins, il est permis d'affirmer que les espèces chimiques sont plus aisément transformables que les espèces animales. On ne saurait s'en étonner, puisque l'organisation des secondes est bien autrement compliquée que celle des premières. Ainsi donc les espèces chimiques sont susceptibles de variabilité. Nous savons, d'autre part, que, soumis à certaines actions appropriées, les atomes peuvent subir un commencement de dissociation. La variabilité des corps simples est-elle limitée? Peut-on espérer, au contraire, réussir à transformer un corps simple entièrement? C'est le problème que nous allons examiner maintenant.

s 1. — LA VARIABILITE DES CORPS SIMPLES.

« Il est bien rare, écrirait, il y a plus de soixante ans, le célèbre chimiste Dumas, qu'on parvienne à saisir les lois d'une classe de phénomènes, en étudiant ceux où l'action se présente avec la plus haute intensité. C'est ordinairement le contraire que l'on observe, et c'est presque toujours par l'analyse patiente d'un phénomène faible ou lent qu'on parvient à trouver les lois de ceux qui échappaient d'abord à cette analyse. »

L'histoire entière des sciences confirme cette vue. C'est en examinant attentivement les oscillations d'une lampe suspendue que Galilée découvrit la plus importante des lois de la mécanique. C'est en étudiant longuement l'ombre d'un cheveu que Fresnel édifia les théories qui transformèrent l'optique. C'est en analysant avec des appareils rudimentaires de minuscules phénomènes électriques que Volta, Ampère et Faraday firent surgir du néant une science qui devait bientôt constituer un des plus importants facteurs de notre civilisation.

« Il est certain que dans l'avenir, comme dans le passé, écrit M. Lucien Poincaré, les découvertes les plus profondes, celles qui viendront subitement révéler des régions entièrement inconnues, ouvrir des

horizons tout à fait nouveaux, seront faites par quelques chercheurs de génie qui poursuivront dans la méditation solitaire leur labeur obsliné et qui, pour vérifier leurs conceptions les plus hardies, ne demanderont sans doute que les moyens expérimentaux les plus simples et les moins coûteux. »

De telles considérations devraient toujours être présentes à l'esprit des chercheurs indépendants, lorsqu'ils se voient arrêtés par l'insuffisance de leurs ressources et l'indilTérence ou l'hostilité qui accueille le plus souvent leurs travaux. Il n'existe peut-être pas un phénomène physique qui, étudié avec patience sous tous ses aspects, ne finisse par révéler, grâce à des moyens d'investigation très simples, des faits complètement imprévus. C'est ainsi que l'observation attentive des effluves engendrés par la lumière sur le morceau de métal qu'elle vient frapper, a été l'origine de la plupart des recherches consignées dans cet ouvrage, et nous a conduit finalement à montrer le peu de fondement du dogme séculaire de l'indestructibilité de la matière.

Le grand intérêt de telles recherches, lorsqu'elles sont poursuivies opiniâtrement, c'est de voir sans cesse apparaître des faits inconnus et d'ignorer toujours dans quelle région ignorée on sera conduit. Je l'ai constaté plus d'une fois pendant les nombreuses années consacrées à mes expériences. Entreprises dans un tout autre but elles m'ont amené à étudier expérimentalement la question de la variabilité des espèces chimiques, et, si j'ai donné les explications précédentes, c'est un peu pour m'excuser d'avoir traité un sujet qui semble au premier abord en dehors du cadre de mes recherches.

Au point de vue philosophique, le problème de la variabilité des espèces chimiques est du même ordre que celui de la variabilité des espèces vivantes qui a pendant si longtemps agité la science. Niée énergiquement d'abord, cette variabilité des espèces orga:nisées a fini par être admise. Le principal argument

qui l'a rendue acceptable est l'étendue des variations qu'on peut faire subir aux êtres bien qu'on n'ait pas réussi encore cependant à obtenir expérimentalement la véritable transformation d'une seule espèce vivante.

Si donc nous réussissons à provoquer des variations considérables de quelques espèces chimiquesj la possibilité de leur transformation pourra être admise pour des raisons du même ordre que celles qui ont semblé probantes aux biologistes.

Celte variabilité des espèces chimiques, mise en évidence dans le chapitre précédent par la simple discussion de faits déjà connus, demandait à être discutée d'abord pour préparer le lecteur à l'interprétation des expériences que nous allons exposer maintenant.

Pour obtenir la transformation de divers corps nous n'aurons recours à aucun moyen énergique, tel que les températures élevées, les hauts potentiels électriques, etc. Nous avons déjà montré que la matière, très résistante à des agents fort puissants, est sensible, au contraire, à des excitants légers, à la condition qu'ils soient appropriés. C'est précisément pour cette raison qu'elle peut, malgré sa stabilité, se dissocier sous l'influence de causes légères, un faible rayon de lumière, par exemple.

J'ai déjà signalé le rôle tout à fait considérable joué par des traces de substance étrangère ajoutées à certains corps. Son importance m'apparut dès que je vis des propriétés aussi curieuses que la phosphorescence, aussi capitales que la radio-activité, se produire sous l'influence de pareils mélanges.

Si des phénomènes de cette importance peuvent être créés par des moyens d'une telle simplicité, ne devaiton pas parvenir, en procédant d'une façon analogue, à modifier les propriétés fondamentales de certains éléments?

Par propriétés fondamentales d'un élément nous comprenons celles en apparence irréductibles sur

lesquelles les chimistes s'appuient pour les classer. C'est ainsi que la propriété de l'aluminium de ne pas décomposer l'eau à froid et de ne pas s'oxyder à la température ordinaire constitue une des caractéristiques fondamentales de ce métal. Si on l'oblige à s'oxyder à froid et à décomposer l'eau, en lui ajoutant simplement des traces de certains corps, on sera évidemment autorisé à dire que ses propriétés fondamentales ont été modifiées.

Ces expériences étant accessoires pour nous, puisqu'elles sortaient de l'ensemble de nos recherches, nous les avons fait porter seulement sur trois métaux, l'aluminium, le magnésium et le mercure. Comme elles nécessitent, bien que très simples, certaines explications techniques, nous renvoyons leur description détaillée à la partie purement expérimentale de cet ouvrage. On y verra que, en mettant les deux premiers de ces métaux en présence de traces de diverses substances, par exemple, d'eau distillée ayant servi à laver un flacon vide dans lequel s'était trouvé précédemment du mercure, il nous a été possible de modifier leurs caractères au point que, si on les classait d'après leurs propriétés nouvelles, il faudrait changer leur place dans les classifications. Ces métaux habituellement sans action sur l'eau la décomposent violemment, l'aluminium s'oxyde instantanément à l'airj en se recouvrant de houppes épaisses qu'on voit graLidir sous les yeux et qui donnent à un miroir d'aluminiao poli l'aspect d'une petite prairie.

Plusieurs hypothèses ont été émises pour expliquer ces faits lorsqu'ils furent présentés en mon nom à l'Académie des Sciences. M. Berthelot fit remarquer que les métaux en présence pouvaient former des couples électriques qui constitueraient l'origine des phénomènes constatés, et que ce ne seraient pas dès lors les propriétés des métaux qu'on observerait, mais celles de leurs couples. Cette interprétation a été généralement considérée comme fort insuffisante. D'autres savants comparèrent les métaux ainsi

transformés à des alliages qui, d'après certaines idées actuelles, seraient constitués par des combinaisons en proportions définies, dissoutes dans un excédent de l'un des métaux en présence. Mais dans les alliages, les changements obtenus : dureté, fusibilité, etc., sont surtout d'ordre physique, et dans aucun d'eux on n'observe de transformations chimiques analogues à celles que nous avons obtenues.

On pourrait encore donner comme explication que la trace de mercure ajoutée à l'aluminium forme avec lui un amalgame décomposant l'eau et mettant en liberté l'oxygène qui se combine avec l'aluminium pour former de l'alumine. Le mercure alors libéré se recombinerait avec une nouvelle quantité d'aluminium pour former un nouvel amalgame qui se comporterait comme précédemment. La même quantité de mercure servirait ainsi indéfiniment comme dans certaines actions dites de présence.

Si cette explication était exacte il faudrait alors admettre que l'aluminium qui s'amalgame si difficilement avec le mercure aurait brusquement acquis la propriété de se combiner instantanément avec lui. Une de ses plus importantes propriétés se trouverait donc entièrement modifiée et nous retomberions encore sur une véritable transmutation.

En étendant ces recherches, on trouvera certainement un grand nombre de faits du même ordre. La chimie en possède déjà une certaine quantité. Il n'est pas, je Tai dit, de corps plus dissemblables peut-être que le phosphore blanc et le phosphore rouge. Par certaines de leurs propriétés chimiques fondamentales, leur oxydabilité entre autres, ils diffèrent presque autant l'un de l'autre que le sodium se distingue du fer. Cependant il suffît d'ajouter au phosphore blanc des traces d'iode ou de sélénium pour le transformer en phosphore rouge.

Les exemples du fer et de l'acier, du fer pur et du fer ordinaire, ne sont pas moins typiques. Chacun sait que l'acier, si dissemblable du fer par sa dureté

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et son aspect, n'en diffère chimiquement que par la présence de quelques millièmes de carbone. On n'ignore pas non plus que les propriétés du 1er pur sont absolument différentes de celles du fer ordinaire. Ce dernier, en effet, ne s'oxyde pas dans Tair sec. Le fer pur obtenu, en réduisant par l'hydrogène à chaud du sesquioxyde de fer, est tellement oxydable au contraire qu'il prend spontanément feu à l'air, d'où le nom de fer pyrophorique qu'on lui a donné.

On pourrait même, en présence de tels faits, se demander si les propriétés classiques de plusieurs métaux usuels ne seraient pas uniquement dues à 'influence d'une quantité infinitésimale d'autres corps , dont la présence nous échappe souvent, et que nous qualifions d'impuretés lorsque l'analyse nous les révèle. Nous verrons que les plus importants composés de la chimie organique, les diastases, perdent toutes leurs propriétés dès qu'on les dépouille des traces de certains métaux dont l'existence était autrefois insoupçonnée.

Les faits mis en évidence par nos recherches et tous ceux du même ordre que nous en avons rapprochés semblent donc bien prouver que les corps simples ne possèdent pas du tout l'invariabilité qu'on leur supposait.

Admettre qu'ils ne sont pas invariables c'est admettre aussi qu'on pourrait les transformer, et revenir à ce vieux problème de la transmutation des corps, qui a tant occupé les alchimistes du moyen âge, et que la science moderne avait fini par juger aussi indigne de ses recherches que la quadrature du cercle ou le mouvement perpétuel. Considéré comme chimérique pendant longtemps, il renaît aujourd'hui sous des formes variées, et préoccupe les plus éminents chimistes.

« La grande découverte moderne qu'il y aurait à réaliser aujourd'hui, écrivait il y a quelques années M. Moissan, ne serait pas d'accroître d'une unité le nombre de nos éléments, mais au contraire de le

diminuer en passant d'une façon .méthodique d'un corps simple à un autre corps simple... Arriveronsnous enfin à cette transformation des corps simples les uns dans les autres qui jouerait en chimie un rôle aussi important que l'idée de combustion saisie par l'esprit pénétrant de Lavoisier?... De grandes questions restent à résoudre. Et, cette chimie miné- 'rale, que l'on croyait épuisée, n'est encore qu'à son aurore. »

En réalité, avec la théorie actuelle sur la dissociation électrolytique, les chimistes sont obligés d'admettre comme choses 1res courantes des transmutations tout aussi singulières que celles rêvées par les alchimistes, puisqu'il suffirait de dissoudre un sel dans l'eau pour le transformer.

On sait que, suivant cette théorie, dans une solution aqueuse d'un sel, le chlorure de potassium, par exemple, les atomes du chlore et du potassium se sépareraient et resteraient en présence au sein du liquide. Le chlorure de potassium serait dissocié, par le fait seul de sa dissolution, en chlore et en potassium.

Mais, comme le potassium est un métal qui ne peut séjourner dans l'eau sans la décomposer avec violence, ni se trouver en présence du chlore sans se combinerénergiquementavec lui, il faut bien admettre que le chlore et le potassium de cette solution jouissent de propriétés nouvelles sans analogie avec les propriétés ordinaires de ces corps. Il en résulte que leurs atomes ont été transformés entièrement. On le reconnaît, d'ailleurs, puisqu'on interprète le phénomène en disant que les différences constatées tiennent à ce que dans la solution les atomes chlore et les atomes potassium, sont formés d'ions porteurs de charges électriques de nom contraire neutralisés dans le chlore et dans le potassium ordinaires. Il existerait donc deux espèces de potassium très différentes, le potassium des laboratoires, jouissant de toutes les propriétés que nous lui connaissons, et le

potassium ionisé sans parenté aucune avec le premier. De même pour le chlore.

Cette théorie a été acceptée parce qu'elle facilite les calculs, mais il est évident qu'elle conduirait à considérer l'atome comme la chose la plus facile à transformer, puisqu'il suffirait de dissoudre un corps dans l'eau pour obtenir un changement radical de ses éléments caractéristiques.

Plusieurs chimistes étaient allés d'ailleurs assez loin dans cette voie. H. Sainte-Claire Deville déclarait à ses élèves qu'il ne croyait pas à la persistance des éléments dans les composés. W. OstAvald. professeur de chimie à l'Université de Leipzig, affirme également que les éléments ne sauraient subsister dans les combinaisons chimiques. « Il est, suivant lui, contraire à toute évidence d'admettre que la matière subissant une réaction chimique ne disparaisse pas pour faire place à une autre douée de propriétés différentes. » S'il en est ainsi, un composé quelconque, de l'oxyde de fer, par exemple, ne contiendrait nullement du fer et de l'oxygène. Lorsqu'on fait agir l'oxygène sur le fer, on opère une transformation complète de l'oxygène et du fer, et si de l'oxyde ainsi composé on retire ensuite de l'oxygène et du fer, ce n'est qu'en opérant une transformation inverse. « N'est-ce pas un non-sens, écrit M. Ostwald, que de prétendre qu'une substance définie existe encore sans ne plus posséder aucune de ses propriétés? En fait, cette hypothèse de pure forme n'a qu'un but, mettre d'accord les faits généraux de la chimie avec la notion tout à fait arbitraire d'une matière inaltérable. »

Il paraît bien résulter de ce qui précède que les équilibres des éléments constituant les atomes peuvent être modifiés facilement, mais il est incontestable aussi qu'ils ont une tendance invincible à retourner à certaines formes d'équilibre spéciales à chacun d'eux puisque, après toutes les modifications possibles, ils arrivent toujours à reprendre leur forme

primitive d'équilibre. On peut donc dire que, dans l'état actuel de la science, la variabilité des espèces chimiques est prouvée, mais qu'avec les moyens dont nous disposons, elle n'est réalisable que dans des limites peu étendues.